FR3035763A1

FR3035763A1 - METHOD OF ASSOCIATING TERMINALS WITH CELLS IN A HETEROGENEOUS NETWORK

Info

Publication number: FR3035763A1
Application number: FR1553823A
Authority: FR
Inventors: Domenico Antonio De; Dimitri Ktenas; Valentin Savin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-11-04
Also published as: EP3089516A1; US20160323900A1

Abstract

L'invention concerne une méthode d'association de terminaux avec des cellules dans un réseau comprenant au moins une macro-cellule et une pluralité de petites cellules. Selon cette méthode d'association, chaque terminal effectue (210) pour chaque association possible un mesure de puissance sur la liaison radio et en déduit un indicateur de qualité de cette liaison. On sélectionne ensuite (220) le sous-ensemble des associations permettant de respecter les contraintes d'utilisation des différents terminaux. Pour chaque association possible de ce sous-ensemble, on calcule (230) une métrique caractéristique de la capacité globale du réseau (240) et l'on en déduit (250) une association optimale maximisant cette métrique.The invention relates to a method of associating terminals with cells in a network comprising at least one macro-cell and a plurality of small cells. According to this association method, each terminal performs (210) for each possible association a power measurement on the radio link and deduces a quality indicator of this link. Then we select (220) the subset of associations to meet the constraints of use of different terminals. For each possible association of this subset, we compute (230) a metric characteristic of the global capacity of the network (240) and deduce (250) an optimal association maximizing this metric.

Description

1 MÉTHODE D'ASSOCIATION DE TERMINAUX À DES CELLULES DANS UN RÉSEAU HÉTÉROGÈNE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale le domaine des télécommunications cellulaires, plus particulièrement pour des réseaux hétérogènes tels que des réseaux de type LTE (Long Term Evolution) ou LTE-A (Long Term Evolution Advanced). ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les réseaux de télécommunications cellulaires classiques (3G) doivent faire face à des contraintes de plus en plus sévères en termes de qualité de service (QoS) en raison de nouveaux usages et besoins des utilisateurs. Pour faire face à ces contraintes, il a été proposé de recourir à des réseaux hétérogènes mettant en oeuvre plusieurs couches superposées de cellules. Classiquement un réseau hétérogène comprend une première couche composée de macro-cellules (macro-cells) et une seconde couche composée de cellules de taille sensiblement plus petite, dites petites cellules (small cells) déployées de manière ad hoc au sein des macro-cellules. Le terme de « petites cellules » sera utilisé dans la suite de manière générique. En particulier, ce terme doit être compris comme couvrant les notions de pico-cellules et de femto-cellules également présentes dans la littérature. On trouvera une description des réseaux hétérogènes dans l'article de S. Parkvall et al. intitulé « Heterogeneous network deployment in LTE », Ericsson Review, vol. 2011. Par rapport aux réseaux cellulaires classiques, les réseaux hétérogènes posent toutefois des problèmes délicats de répartition de charge ainsi que d'interférence entre macro-cellules et petites cellules. On trouvera une description de cette problématique dans l'article de R. Madan et al. intitulé « Cell association and interference coordination in 3035763 2 heterogeneous LTE-A» publié dans IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 28, No. 9, Dec. 2010, pp. 1479-1489. Une des principales difficultés consiste en effet à effectuer une association entre les terminaux ou UEs (User Equipments) des différents utilisateurs et les stations de base.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to the field of cellular telecommunications, more particularly for heterogeneous networks such as LTE (Long Term Evolution) or LTE type networks. BACKGROUND OF THE INVENTION -A (Long Term Evolution Advanced). STATE OF THE PRIOR ART Traditional cellular telecommunications networks (3G) have to cope with increasingly severe constraints in terms of quality of service (QoS) due to new uses and needs of users. To cope with these constraints, it has been proposed to use heterogeneous networks employing several superposed layers of cells. Typically, a heterogeneous network comprises a first layer composed of macro-cells and a second layer composed of cells of a substantially smaller size, called small cells, deployed ad hoc within the macro-cells. The term "small cells" will be used in the following generically. In particular, this term should be understood as covering the notions of pico-cells and femto-cells also present in the literature. A description of heterogeneous networks can be found in the article by S. Parkvall et al. entitled "Heterogeneous Network Deployment in LTE", Ericsson Review, Vol. 2011. Compared to conventional cellular networks, heterogeneous networks however pose delicate problems of charge distribution as well as interference between macro-cells and small cells. A description of this problem can be found in the article by R. Madan et al. entitled "Cell Association and Interference Coordination in 3035763 2 heterogeneous LTE-A" published in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 28, No. 9, Dec. 2010, pp. 1479-1489. One of the main difficulties consists in effecting an association between the terminals or UEs (User Equipments) of the different users and the base stations.

5 Autrement dit, pour un terminal donné, il convient de rechercher quelle est la station de base, que ce soit celle de la macro-cellule ou l'une de celles des petites cellules, avec laquelle il établira la liaison radio. Les mécanismes d'association proposés actuellement pour les réseaux hétérogènes reposent exclusivement sur la qualité des liaisons radio entre terminaux et 10 stations de base. Plus précisément dans un réseau LTE, chaque terminal mesure la puissance des signaux de référence spécifiques de cellule ou CSRSs (Cell Specific Reference Signais) émis par la station de base et effectue la moyenne de la puissance des CSRSs sur les différentes sous-porteuses (ou éléments de ressource selon la terminologie LTE) qui les portent. La 15 puissance ainsi mesurée dénommée RSRP (Reference Signal Received Power) est utilisée par le terminal pour comparer la qualité des liaisons radio avec les différentes stations de base, notamment lorsque celui-ci est en état de veille. Lorsqu'un terminal est en communication avec la station de base, celui-ci peut déterminer la puissance totale de signal reçu dénommé RSSI (Received Signal Strength 20 Indicator). L'indicateur RSSI représente la puissance totale du signal reçu par le terminal, c'est-à-dire la puissance du signal transmis plus le bruit et les interférences. Le terminal en déduit un indice de qualité de réception des signaux de référence dénommé RSRQ (Reference Signal Received Quality), défini comme le rapport RSRP/RSSI entre la puissance des signaux de référence et la puissance totale de signal reçu. Lorsqu'un 25 terminal est en communication l'indice de qualité RSRQ donne une information sur la qualité de la liaison radio avec la station de base. Selon l'état de veille ou de communication du terminal, il est possible de l'associer à une station de base à partir des valeurs de RSRP ou de RSRQ voire à partir des deux valeurs à la fois. La station de base à laquelle il est associé peut être soit celle servant la macro-cellule, soit l'une de celles servant les petites cellules.In other words, for a given terminal, it is necessary to find out which base station, be it that of the macro-cell or one of those of the small cells, with which it will establish the radio link. The currently proposed association mechanisms for heterogeneous networks rely exclusively on the quality of the radio links between terminals and 10 base stations. Specifically in an LTE network, each terminal measures the power of the cell specific reference signals (CSRSs) transmitted by the base station and averages the power of the CSRSs on the different subcarriers (or resource elements according to the LTE terminology) that carry them. The so-called measured power referred to as RSRP (Reference Signal Received Power) is used by the terminal to compare the quality of the radio links with the different base stations, especially when the latter is in a standby state. When a terminal is in communication with the base station, it can determine the total received signal power called RSSI (Received Signal Strength Indicator). The RSSI indicator represents the total power of the signal received by the terminal, that is to say the power of the transmitted signal plus noise and interference. The terminal derives a reference signal reception quality index referred to as RSRQ (Reference Signal Received Quality), defined as the RSRP / RSSI ratio between the power of the reference signals and the total signal power received. When a terminal is in communication, the quality index RSRQ gives information on the quality of the radio link with the base station. Depending on the state of standby or communication terminal, it is possible to associate with a base station from RSRP or RSRQ values or from both values at once. The base station with which it is associated can be either the one serving the macro-cell, or one of those serving the small cells.

3035763 3 En pratique, un réseau hétérogène est caractérisé par un important déséquilibre entre la puissance émise par la station de base servant la macro-cellule et les puissances émises par les stations de base servant les petites cellules. Ce déséquilibre se traduit par une proportion importante de terminaux associés à la macro-cellule (c'est-à-dire à la 5 station de base servant la macro-cellule) plutôt qu'à une petite cellule (c'est-à-dire à la station de base servant une petite cellule). Ce déséquilibre, et par voie de conséquence cette association préférentielle à la macro-cellule, conduit à une réduction de la capacité globale du réseau, une augmentation du niveau d'interférence perçue sur les liaisons montantes et une 10 diminution de la durée de vie des batteries des terminaux mobiles. En effet, ceux-ci doivent émettre à plus forte puissance pour, d'une part, se connecter avec une station de base servant une macro-cellule généralement plus éloignée que les stations de base servant les petites cellules et, d'autre part, pour combattre l'interférence sur les liaisons montantes).In practice, a heterogeneous network is characterized by a large imbalance between the power transmitted by the base station serving the macro-cell and the powers emitted by the base stations serving the small cells. This imbalance results in a significant proportion of terminals associated with the macro-cell (i.e., the base station serving the macro-cell) rather than a small cell (i.e. tell the base station serving a small cell). This imbalance, and consequently this preferential association to the macro-cell, leads to a reduction in the overall capacity of the network, an increase in the level of interference perceived on the uplinks and a decrease in the lifetime of the batteries of mobile terminals. Indeed, they must emit at higher power to, on the one hand, connect with a base station serving a macro-cell generally more distant than the base stations serving the small cells and, on the other hand, to combat uplink interference).

15 Afin de compenser le déséquilibre de charge entre macro-cellule et petites cellules, il a été proposé un mécanisme correctif se traduisant par une expansion de la couverture des petites cellules. Plus précisément, lorsqu'un terminal reçoit un signal d'une station de base servant une petite cellule, il corrige la puissance reçue de cette dernière en lui ajoutant un biais positif prédéterminé (par exemple +3dB ou +6dB). Ainsi, 20 dans le procédé d'association précité, basé sur les valeurs RSRP et/ou RSRQ , l'association avec une petite cellule se trouve artificiellement favorisée. On trouvera une description du mécanisme correctif précité dans l'article de I. Güvenç intitulé « Capacity and fairness analysis of heterogeneous networks with range expansion and interference coordination » publié dans IEEE Comm. Letters, Vol. 15, No. 10, Oct. 2011, pp. 1084-1087.In order to compensate for the charge imbalance between macro-cells and small cells, a corrective mechanism has been proposed which results in an expansion of the coverage of small cells. Specifically, when a terminal receives a signal from a base station serving a small cell, it corrects the received power of the latter by adding a predetermined positive bias (eg + 3dB or + 6dB). Thus, in the aforementioned combination method, based on the RSRP and / or RSRQ values, the association with a small cell is artificially favored. A description of the aforementioned corrective mechanism can be found in the article by I. Güvenç entitled "Capacity and fairness analysis of heterogeneous networks with range expansion and interference coordination" published in IEEE Comm. Letters, Vol. 15, No. 10, Oct. 2011, pp. 1084-1087.

25 La Fig. 1 représente de manière schématique le mécanisme d'expansion d'une petite cellule dans un réseau hétérogène. On a représenté en 110 une macro-cellule servie par une station de base 115, en 120 une petite cellule avant son expansion et en 121 cette même petite cellule lorsque 30 après que l'on a ajouté un biais positif à la puissance reçue de la station de base 125 3035763 4 servant la petite cellule. Ainsi l'utilisateur 132 qui se situait hors de la petite cellule avant son expansion est servi par la station de base 125 après son expansion. Si ce mécanisme permet effectivement de transférer une partie de la charge de 5 la macro-cellule aux petites cellules, il n'est cependant pas sans effets négatifs sur la performance du réseau. En effet, un terminal en bordure d'une petite cellule, tel que le terminal de l'utilisateur 132, pourra souffrir d'un faible rapport signal sur bruit sur sa liaison descendante en raison de l'interférence due à la macro-cellule et le cas échéant aux macro-cellules voisines. En outre, un biais important (conduisant à une expansion 10 excessive) peut conduire à une surcharge de certaines petites cellules. Il est alors nécessaire de recourir à une adaptation dynamique du biais, ce qui rend le procédé d'association particulièrement complexe. La plupart des mécanismes d'association entre terminaux et cellules dans un réseau hétérogène visent à optimiser seulement la capacité globale du réseau sans tenir 15 compte des besoins des différents utilisateurs. Il peut en résulter qu'un utilisateur n'ayant besoin que d'une faible qualité de service se voit attribuer une liaison de très bonne qualité alors qu'un utilisateur voisin ayant besoin d'une très bonne qualité de service obtiendra une liaison de qualité moindre. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé 20 d'association entre terminaux et cellules dans un réseau hétérogène qui ne soit pas affecté par les limitations ci-dessus, et en particulier qui permette de prendre en compte les besoins des différents utilisateurs. EXPOSÉ DE L'INVENTION 25 La présente invention est définie par une méthode d'association de terminaux à des cellules dans un réseau de télécommunication hétérogène comprenant au moins une macro-cellule et une pluralité de cellules, dites petites cellules, de taille sensiblement plus faible que ladite macro-cellule et déployées au sein de cette dernière, la macro-cellule et les desdites petites cellules étant servies par une pluralité de stations de base, chaque 3035763 5 terminal pouvant établir une liaison radio avec une station de base au moyen d'une ressource en fréquence, selon laquelle : chaque terminal effectue une mesure de puissance sur la ressource en fréquence de manière à obtenir, pour chaque association possible associant ce terminal à une 5 station de base, un indice de qualité d'une liaison radio entre ce terminal et cette station de base ; on sélectionne parmi l'ensemble (F) des associations possibles entre les terminaux et les stations de base, un sous-ensemble (FL) d'associations satisfaisant à au moins une contrainte (L) relative à l'utilisation desdits terminaux, la sélection étant 10 réalisée à partir des indices de qualité des liaisons radio ; on calcule pour chaque association possible dudit sous-ensemble, une métrique caractéristique de la capacité globale des liaisons radio entre terminaux et stations de base associés par cette association possible et l'on détermine une association optimale ( S* ) maximisant cette métrique ; 15 on établit des liaisons radio entre les terminaux et les stations de base associés par l'association optimale ( S* ) ainsi déterminée. Selon une première variante, une puissance de consigne étant attribuée à chaque terminal, la contrainte relative à l'utilisation des terminaux est un pourcentage maximal des terminaux pouvant émettre avec des puissances supérieures à leurs 20 puissances de consigne respectives. Selon une seconde variante, un débit de consigne étant attribué à chaque terminal, la contrainte relative à l'utilisation des terminaux est un pourcentage maximal de terminaux pouvant recevoir des débits de données inférieurs à leurs débits de consigne respectifs.FIG. 1 schematically shows the expansion mechanism of a small cell in a heterogeneous network. There is shown at 110 a macro-cell served by a base station 115, at 120 a small cell before its expansion and at 121 this same small cell when after adding a positive bias to the power received from the base station 125 3035763 4 serving the small cell. Thus the user 132 who was outside the small cell before expansion is served by the base station 125 after expansion. While this mechanism effectively transfers part of the macro cell load to small cells, it is not without negative effects on network performance. Indeed, a terminal bordering a small cell, such as the user's terminal 132, may suffer from a low signal-to-noise ratio on its downlink because of the interference due to the macro-cell and where appropriate to neighboring macro-cells. In addition, significant bias (leading to excessive expansion) can lead to overloading of some small cells. It is then necessary to resort to a dynamic adaptation of the bias, which makes the association process particularly complex. Most association mechanisms between terminals and cells in a heterogeneous network aim to optimize only the overall capacity of the network without taking into account the needs of different users. It can result that a user requiring only a low quality of service is assigned a link of very good quality while a neighboring user who needs a very good quality of service will get a quality link less. The objective of the present invention is therefore to propose a method of association between terminals and cells in a heterogeneous network that is not affected by the above limitations, and in particular that makes it possible to take into account the needs of different users. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is defined by a method of associating terminals with cells in a heterogeneous telecommunication network comprising at least one macro-cell and a plurality of cells, called small cells, of substantially smaller size. said macro-cell and deployed within the latter, the macro-cell and said small cells being served by a plurality of base stations, each terminal being able to establish a radio link with a base station by means of a frequency resource, according to which: each terminal performs a power measurement on the frequency resource so as to obtain, for each possible association associating this terminal with a base station, a quality index of a radio link between this terminal and this base station; from the set (F) are selected possible associations between the terminals and the base stations, a subset (FL) of associations satisfying at least one constraint (L) relating to the use of said terminals, the selection being made from the quality indices of the radio links; for each possible association of said subset, a metric characteristic of the overall capacity of the radio links between terminals and base stations associated with this possible association is calculated and an optimum association (S *) maximizing this metric is determined; Radio links are established between the terminals and the base stations associated with the optimal association (S *) thus determined. According to a first variant, a reference power being assigned to each terminal, the constraint relating to the use of the terminals is a maximum percentage of the terminals that can transmit with powers greater than their respective reference powers. According to a second variant, a setpoint rate being allocated to each terminal, the constraint relating to the use of the terminals is a maximum percentage of terminals that can receive data rates lower than their respective reference rates.

25 Selon une troisième variante, un niveau de qualité de service (QoS) étant requis par chaque terminal, la contrainte relative à l'utilisation des terminaux est un pourcentage maximal de terminaux pouvant disposer de niveaux de qualité de service inférieurs aux niveaux de qualité de service qu'ils ont respectivement requis. La métrique des liens radio entre les terminaux UER, j -1,..,J et les stations de 3035763 6 base BS t, i =1,...,N est peut être définie par C, où Clé est la capacité du (UE BS,-S(U E j) canal entre la station de base BS, et le terminal UER, et S est une association possible dudit sous-ensemble. Alternativement, la métrique des liens radio entre les terminaux UER, j =1,.., J 5 et les stations de base BS t, i =1,...,N peut être définie par log C, où Clé est (UER ,BS,-S(UE j) la capacité du canal entre la station de base BS, et le terminal UER, et S est une association possible dudit sous-ensemble. Le réseau de télécommunication hétérogène peut être un réseau LTE ou LTE-A. Dans ce cas, la capacité du canal Cté peut être calculée à partir de la mesure RSRP 10 obtenue comme la moyenne de puissance des signaux CSRS , spécifiques à la cellule servie par la station de base BS , sur l'élément de ressource de cette station de base. La méthode d'association peut être exécutée avec une période prédéterminée, ou automatiquement à chaque fois qu'un terminal demande à se connecter au réseau, ou bien encore automatiquement à chaque procédure de handover d'un terminal, voire sur 15 requête d'un terminal lorsque le niveau de sa batterie est inférieur à un niveau de seuil prédéterminé. Ladite méthode d'association peut être exécutée de manière distribuée au sein des différentes stations de base, ou bien de manière centralisée par un contrôleur situé dans la station de base de la macro-cellule.According to a third variant, a quality of service level (QoS) being required by each terminal, the constraint relating to the use of the terminals is a maximum percentage of terminals that can have service quality levels lower than the service quality levels. service they respectively required. The metric of the radio links between the terminals UER, j -1, .., J and the stations of base BS t, i = 1, ..., N can be defined by C, where Key is the capacity of the (UE BS, -S (UE j) channel between the base station BS, and the terminal UER, and S is a possible association of said subset Alternatively, the metric of the radio links between the terminals EBU, j = 1, .., J 5 and base stations BS t, i = 1, ..., N can be defined by log C, where Key is (UER, BS, -S (EU j) the channel capacity between the station base BS, and the terminal EBU, and S is a possible association of said subset The heterogeneous telecommunication network may be an LTE or LTE-A network, in which case the capacity of the Cte channel may be calculated from the RSRP measurement 10 obtained as the average power of the CSRS signals, specific to the cell served by the base station BS, on the resource element of this base station. e executed with a predetermined period, or automatically each time a terminal asks to connect to the network, or automatically to each handover procedure of a terminal, or on request of a terminal when the level of its battery is below a predetermined threshold level. Said association method may be performed in a distributed manner within the different base stations, or centrally by a controller located in the base station of the macro-cell.

20 La maximisation de la métrique sur le sous-ensemble des associations respectant ladite contrainte d'utilisation peut notamment être obtenue par la méthode des multiplicateurs de Lagrange. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention en référence aux figures jointes parmi 3035763 7 lesquelles : La Fig. 1 représente schématiquement le mécanisme d'expansion d'une petite cellule dans un réseau hétérogène de l'état de la technique; La Fig. 2 représente schématiquement un ordinogramme de la méthode 5 d'association de terminaux à des cellules selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Nous considérerons à nouveau un réseau cellulaire hétérogène formé de macro- cellules et de petites cellules (au sens défini plus haut), déployées au sein des macro- 10 cellules. Un exemple typique de réseau hétérogène est un réseau de type LTE ou LTE-A. Le procédé d'association consiste à attribuer à chaque terminal parmi une pluralité J de terminaux ou UEs (User Equipments) une cellule ou, de manière équivalente une station de base, parmi une pluralité N de stations de base. Plus précisément, si l'on note UE1, j =1,...,J les terminaux et BSi, i -1,...,N , les stations de 15 base, l'association des terminaux avec les stations de base est définie par une injection S de l'ensemble SUE ={(JE1,...UE,} dans l'ensemble SBS ={5BSi,...,SBSN}, associant à chaque terminal UER une station de base BS, = S(UEJ) . L'association peut également être définie par l'ensemble des couples (UEJ,S(UEJ)), j =1,...,J formés par les terminaux et les stations de base auxquelles ils sont associés. L'ensemble des 2 0 associations S possibles entre les terminaux et les stations de base est noté F . Le procédé d'association peut être lancé lors de l'admission d'un terminal dans le réseau ou bien avant d'initier une opération de handover, ou bien à l'initiative d'un terminal lorsqu'il constate une dégradation de la qualité de la liaison radio, à l'initiative d'une station de base, ou bien encore de manière périodique pour tout ou partie du 25 réseau. L'idée à la base de l'invention est d'optimiser l'association des terminaux aux stations de base en tenant compte d'au moins une contrainte sur l'utilisation des terminaux par les différents utilisateurs.The maximization of the metric on the subset of the associations respecting said usage constraint may in particular be obtained by the method of Lagrange multipliers. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading a preferred embodiment of the invention with reference to the accompanying figures of which: FIG. 1 schematically represents the expansion mechanism of a small cell in a heterogeneous network of the state of the art; Fig. 2 schematically represents a flow chart of the method of associating terminals with cells according to one embodiment of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS We will consider again a heterogeneous cellular network formed of macro-cells and small cells (in the sense defined above), deployed within the macro-cells. A typical example of a heterogeneous network is an LTE or LTE-A type network. The association method consists in allocating to each terminal among a plurality of terminals or UEs (User Equipments) a cell or, equivalently, a base station, among a plurality N of base stations. More precisely, if we denote UE1, j = 1, ..., J the terminals and BSi, i -1, ..., N, the base stations, the association of the terminals with the base stations is defined by an injection S of the set SUE = {(JE1, ... UE,} in the set SBS = {5BSi, ..., SBSN}, associating with each terminal UER a base station BS, = S (UEJ) The association can also be defined by the set of pairs (UEJ, S (UEJ)), j = 1, ..., J formed by the terminals and the base stations with which they are associated. The set of possible associations S between the terminals and the base stations is denoted F. The association method can be started when a terminal is admitted into the network or before initiating a connection operation. handover, or at the initiative of a terminal when it notes a degradation of the quality of the radio link, at the initiative of a base station, or even periodically for all or part of the network The idea at the b Ase of the invention is to optimize the association of terminals to base stations taking into account at least one constraint on the use of terminals by the different users.

3035763 8 Lorsqu'une puissance d'émission est attribuée à chaque terminal, une des contraintes peut être un pourcentage maximal de terminaux pouvant émettre avec des puissances supérieures à leurs puissances de consigne respectives. Lorsqu'un débit de consigne est assigné à chaque terminal, une des contraintes 5 peut être un pourcentage maximal de terminaux pouvant recevoir des données avec des débits inférieurs à leurs débits de consigne respectifs. Lorsqu'un niveau de qualité de service est requis pour la liaison radio (descendante) de chaque terminal, une des contraintes peut être un pourcentage maximal de terminaux dont les liaisons radio ne respectent pas les niveaux de qualité de 10 service requis. Les contraintes peuvent être du même type (puissance d'émission, débit de consigne, niveau de qualité de service) pour l'ensemble des terminaux. Alternativement, elles peuvent différer d'un terminal à l'autre. En outre, un terminal pourra être soumis à différentes contraintes de types différents. Ainsi, un terminal pourra participer à une 15 contrainte portant sur le débit de consigne mais non à une contrainte portant sur la puissance d'émission. D'autres contraintes relatives à l'utilisation des terminaux pourront être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. De manière générale, si les paramètres d'utilisation des différents 20 terminaux UER sont notés ,eki , k =1,...,K avec 1, les JK contraintes 4 peuvent être représentées par un polytope VL de dimension JK dans l'espace des paramètres d'utilisation. Lorsque le point n de coordonnées ,eki , j =1,...,J, k =1,...,K appartient au polytope VL les contraintes sur les paramètres d'utilisation des terminaux sont respectées.When a transmission power is allocated to each terminal, one of the constraints can be a maximum percentage of terminals that can transmit with powers greater than their respective reference powers. When a setpoint rate is assigned to each terminal, one of the constraints may be a maximum percentage of terminals that can receive data with rates lower than their respective reference rates. When a quality of service level is required for the radio link (downlink) of each terminal, one of the constraints may be a maximum percentage of terminals whose radio links do not meet the required service quality levels. The constraints can be of the same type (transmission power, setpoint flow, quality of service level) for all the terminals. Alternatively, they may differ from one terminal to another. In addition, a terminal may be subject to different constraints of different types. Thus, a terminal may participate in a constraint relating to the setpoint flow but not to a constraint on the transmission power. Other constraints relating to the use of terminals may be envisaged by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. In general, if the utilization parameters of the different UER terminals are noted, eki, k = 1,..., K with 1, the constrained JKs 4 can be represented by a VL polytope of dimension JK in space Usage settings. When the point n of coordinates, eki, j = 1, ..., J, k = 1, ..., K belongs to the polytope VL, the constraints on the parameters of use of the terminals are respected.

25 La méthode d'association selon la présente invention vise à maximiser une métrique caractéristique de la capacité globale des liaisons radio entre les terminaux et les stations de base qui leur sont respectivement associées. Selon une première variante de réalisation, la métrique caractéristique de la 3035763 9 capacité globale des liaisons radio s'exprime sous la forme : ii(c(s)), Ç (1) wErj,Bi_s(uErj), 5 où Clé est la capacité du canal (descendant) entre la station de base BS, et le terminal UER, et S est l'association considérée. L'expression ,u(C(S)) rappelle que la valeur de la métrique dépend de l'association S que l'on considère. Selon une seconde variante de réalisation, la métrique caractéristique de la capacité globale des liaisons radio s'exprime sous la forme : 10 (C(S)) = log (C, (2) (UEJ,Bi-S(UEi)) pour permettre d'obtenir une distribution équitable de la charge entre stations de base. En effet, une distribution de charge différente de celle qui maximise l'équation (2) et qui 15 augmenterait la capacité d'un utilisateur, conduirait à une réduction la capacité moyenne globale du système. On trouvera une description du concept d'allocation équitable de ressources radios dans l'article de H. Kim et Y. Han intitulé "A proportional fair scheduling for multicarrier transmission systems," IEEE Communications Letters, vol.9, no.3, pp.210-212, March 2005.The association method according to the present invention aims at maximizing a characteristic metric of the overall capacity of the radio links between the terminals and the base stations which are respectively associated with them. According to a first variant embodiment, the characteristic metric of the overall capacitance of the radio links is expressed in the form: ## EQU1 ## where Key is the channel capacity (downstream) between the base station BS, and the terminal EBU, and S is the considered association. The expression, u (C (S)), reminds us that the value of the metric depends on the association S that we consider. According to a second variant embodiment, the characteristic metric of the overall capacity of the radio links is expressed in the form: (C (S)) = log (C, (2) (UEJ, Bi-S (UEi)) for to achieve a fair distribution of load between base stations, since a load distribution different from that which maximizes equation (2) and which would increase a user's capacity, would lead to a reduction in capacity overall average of the system A description of the concept of equitable allocation of radio resources can be found in the article by H. Kim and Y. Han entitled "A proportional fair scheduling for multicarrier transmission systems," IEEE Communications Letters, vol.9, no.3, pp.210-212, March 2005.

20 Lorsque le réseau hétérogène est un réseau de type LTE ou LTE-A, la capacité du canal Clé entre la station de base BS, et le terminal UE1 intervenant dans le calcul de la métrique (1) ou (2) peut être déterminée à partir de la mesure RSRP de la puissance des signaux de référence spécifiques de la cellule i reçus par le terminal UEJ. Plus précisément, RSRPti est obtenue comme la moyenne de la puissance des signaux CSRS, 25 reçus par le terminal UER, la moyenne étant calculée sur les éléments de ressource utilisés par la station de base BSi. La capacité Cté est obtenue par la formule de Shannon : 3035763 10 = Fij log2(1+ S/NRi,) (3) où S/NRi, indique le ratio moyen entre la puissance du signal de la station de base i mesurée par l'utilisateur j et la somme du bruit thermique de variance 62 plus 5 l'interférence générée par les stations de base voisines, soit : RSRP. SINR RsRpk, + 62 k#i Le facteur Fi j indique la quantité moyenne des ressources de fréquence qui peuvent être 10 allouées à l'utilisateur j. Si la bande totale (F) est partagée entre les utilisateurs associés à la station de base i, on a : F 1 (5) (UEJ,Bi-S(UEi)) 15 Le procédé d'association recherche alors dans l'ensemble F des associations possibles, le sous-ensemble FL des associations permettant de vérifier les contraintes des différents utilisateurs. On détermine alors l'association optimale, notée S*, vérifiant : S = arg max Cu(S) (6) SerL 20 La Fig. 2 représente schématiquement le procédé d'association de terminaux à des cellules selon un mode de réalisation de l'invention. A l'étape 210, pour chaque association possible SE F, chaque terminal UE , 25 j = 1, ..., J , effectue une mesure de puissance sur la ressource de transmission utilisée (4) 3035763 11 par la station de base BS = S (UEJ) . Cette ressource de transmission peut être celle utilisée par des signaux de référence de la cellule i servie par la station de base BS . La puissance ainsi mesurée est ensuite utilisée pour estimer un indice de qualité de la liaison radio entre les station de base BS = S (UE j) et le terminal UER 5 Par exemple, si le réseau cellulaire est un réseau LTE ou LTE-A, la mesure de puissance est réalisée sur les signaux CSRSs et l'indice de qualité ainsi estimé est l'indice RSRQ . A l'étape 220, on sélectionne parmi l'ensemble F des associations possibles, un 10 sous-ensemble FL d'associations possibles satisfaisant aux contraintes d'utilisation 4 =des terminaux UER, j 1,...,J . La sélection du sous-ensemble des associations possibles satisfaisant à ces contraintes est réalisée à partir des indices de qualité des liaisons radio estimées à l'étape précédente. On pourra choisir le sous-ensemble comme celui satisfaisant au mieux les contraintes d'utilisation Lk, par exemple puissance d'émission 15 minimale, débit maximal, qualité de service maximale ou bien pourcentage de terminaux ne satisfaisant pas les consignes de puissance, les débits et qualités de service requis correspondant à un minimum. Lorsque les contraintes sont linéaires, les associations permettant d'obtenir la meilleure satisfaction des contraintes sont celles qui correspondent à la surface du polytope VL 20 A l'étape 230, on calcule pour chaque association S du sous-ensemble FL, la valeur d'une métrique ,u(C(S)) caractéristique de la capacité globale des liaisons radio entre les terminaux UER, j =1,...,J et les stations de base qui leur sont associées S (UEJ). La métrique pourra notamment avoir la forme donnée par l'expression (1) ou 25 l'expression (2). A l'étape 240, on détermine enfin l'association optimale ST qui minimise la 3035763 12 capacité globale desdites liaisons radio, autrement dit S* = arg max (,u(S)). sert, La détermination de l'association optimale à l'étape 240 peut être effectuée selon une approche dite de force brute (brute force) dans laquelle on passe en revue de manière exhaustive toutes les associations possibles de l'ensemble FL . Alternativement, 5 lorsque les contraintes sont linéaires, la recherche de l'association optimale pourra être effectuée selon la méthode des multiplicateurs de Lagrange connue en soi. Alternativement encore, la recherche pourra être effectuée selon un algorithme du plus fort gradient (steepest descent) également connu en soi.When the heterogeneous network is an LTE or LTE-A type network, the key channel capacity between the base station BS, and the terminal UE1 involved in the calculation of the metric (1) or (2) can be determined at from the RSRP measurement of the power of the reference signals specific to the cell i received by the terminal UEJ. More precisely, RSRPti is obtained as the average of the power of the CSRS signals received by the EBU terminal, the average being calculated on the resource elements used by the BSi base station. The capacity Cte is obtained by the formula of Shannon: ## EQU1 ## where S / NRi, indicates the average ratio between the power of the signal of the base station i measured by the user j and the sum of the variance thermal noise 62 plus the interference generated by the neighboring base stations, ie: RSRP. SINR RsRpk, + 62 k # i Factor Fi j indicates the average amount of frequency resources that can be allocated to user j. If the total band (F) is shared between the users associated with the base station i, then: F 1 (5) (UEJ, Bi-S (UEi)) The association process then searches in the set F possible associations, the subset FL associations to verify the constraints of different users. The optimal association, denoted S *, is then determined, satisfying: S = max arg Cu (S) (6) SerL FIG. 2 schematically shows the method of associating terminals with cells according to one embodiment of the invention. In step 210, for each possible association SE F, each UE terminal 25 j = 1, ..., J, performs a power measurement on the transmission resource used (4) 3035763 11 by the base station BS = S (UEJ). This transmission resource can be that used by reference signals of the cell i served by the base station BS. The power thus measured is then used to estimate a quality index of the radio link between the base stations BS = S (UE j) and the terminal EBU. For example, if the cellular network is an LTE or LTE-A network, the power measurement is performed on the CSRSs signals and the quality index thus estimated is the RSRQ index. In step 220, from among the set F are selected possible associations, a subset FL of possible associations satisfying the usage constraints 4 = terminals UER, j 1,..., J. The selection of the subset of the possible associations satisfying these constraints is carried out on the basis of the quality indices of the radio links estimated in the previous step. The subset may be chosen as the one that best satisfies the utilization constraints Lk, for example minimum transmission power, maximum bit rate, maximum quality of service or percentage of terminals that do not satisfy the power requirements, the flow rates. and required qualities of service corresponding to a minimum. When the stresses are linear, the associations making it possible to obtain the best satisfaction of the stresses are those which correspond to the surface of the VL polytope. At step 230, for each association S of the subset FL, the value of a metric, u (C (S)) characteristic of the overall capacity of the radio links between the terminals UER, j = 1, ..., J and the base stations associated with them S (UEJ). The metric may especially have the form given by the expression (1) or the expression (2). In step 240, the optimal association ST is finally determined which minimizes the overall capacity of said radio links, in other words S * = arg max (, u (S)). The determination of the optimal association at step 240 can be performed according to a so-called brute force approach in which all possible associations of the FL set are comprehensively reviewed. Alternatively, when the constraints are linear, the search for the optimal association can be performed according to the Lagrange multipliers method known per se. Alternatively again, the search can be performed according to an algorithm of the strongest gradient (steepest descent) also known per se.

10 Enfin, à l'étape 250, on établit les liaisons radio entre les terminaux et les stations de base associés à ces terminaux selon l'association optimale déterminée à l'étape précédente. Autrement dit, on établit une liaison entre les terminaux UER et les stations de base S*(UEJ).Finally, in step 250, the radio links between the terminals and the base stations associated with these terminals are established according to the optimal association determined in the previous step. In other words, a connection is established between the EBU terminals and the base stations S * (UEJ).

15 Le procédé d'association peut être mis en oeuvre de manière centralisée ou bien de manière distribuée au sein du réseau. Dans une solution centralisée, les mesures relatives aux liaisons radio sont réalisées par les terminaux des utilisateurs puis collectées et transmises par les stations de base à un contrôleur dédié qui détermine l'association optimale. Ce contrôleur pourra être hébergé par la station de base servant la macro- 20 cellule ou bien par un serveur chargé des fonctionnalités de fonctionnement et de gestion du réseau, dénommé serveur OAM (Operation And Management).The association method can be implemented centrally or in a distributed manner within the network. In a centralized solution, the measurements relating to the radio links are carried out by the user terminals and then collected and transmitted by the base stations to a dedicated controller which determines the optimal association. This controller may be hosted by the base station serving the macro-cell or by a server responsible for network operation and management functions, called Operation And Management (OAM) server.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of associating terminals with cells in a heterogeneous telecommunication network comprising at least one macro-cell and a plurality of cells, called small cells, of substantially smaller size than said macrocell and deployed within the latter, the macro -cellule and said small cells being served by a plurality of base stations, each terminal being able to establish a radio link with a base station by means of a frequency resource, characterized in that: each terminal performs (210) a measuring power on the frequency resource so as to obtain, for each possible association associating this terminal with a base station, a quality index of a radio link between this terminal and this base station; one of the set (F) of possible combinations between the terminals and the base stations is selected (220), a subset (FL) of associations satisfying at least one constraint (L) relating to the use of said terminals , the selection being made from the quality indices of the radio links; calculating (230) for each possible association of said subset, a metric characteristic of the overall capacity of the radio links between terminals and base stations associated with this possible association and determining (240) an optimal association (S *) maximizing this metric; establishing (250) radio links between the terminals and the base stations associated with the optimal association (S *) thus determined.

2. A method of associating terminals with cells according to claim 1, characterized in that a reference power being assigned to each terminal, the constraint relating to the use of the terminals is a maximum percentage of the terminals that can transmit with powers greater than their respective reference powers.

3. A method of associating terminals with cells according to claim 1, characterized in that a setpoint rate is assigned to each terminal, the constraint on the use of the terminals is a maximum percentage of terminals that can receive data rates lower than their respective reference rates.

4. Method of associating terminals with cells according to claim 1, characterized in that a quality of service level (QoS) being required by each terminal, the constraint relating to the use of the terminals is a maximum percentage. terminals that may have lower quality of service levels than the QoS levels they respectively required.

5. Method of associating terminals with cells according to one of the preceding claims, characterized in that the metric of the radio links between the terminals EBU, j and the base stations BSi, i = 1, ..., N is defined by Key where Key is the channel capacity between the base station BSi and the (uE ,, BS, -S (UE j) terminal UER, and S is a possible association of said subset.

6. Method of associating terminals with cells according to one of claims 1 to 5, characterized in that the metric of the radio links between the terminals UER, j = 1, .., J and the BSi base stations, i = 1, ..., N is defined by logC where Clo is the capacity of the channel between the base station BSi and the (UE, BS, -S (LIEJ) terminal UER, and S is a possible association of said sub-station together 25

A method of associating terminals with cells according to claim 5 or 6, characterized in that the heterogeneous telecommunication network is a LTE or LTE-A network and the Key channel capacity is calculated from the RSRP measurement obtained as the average power of CSRSi signals, specific to the cell served by the base station BSi, on the resource element of this base station. 5

8. Method of associating terminals with cells according to one of the preceding claims, characterized in that it is executed with a predetermined period.

9. A method of associating terminals with cells according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is executed automatically each time a terminal asks to connect to the network.

10. Method of associating terminals with cells according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is executed automatically at each handover procedure of a terminal.

11. A method of associating terminals with cells according to one of the preceding claims, characterized in that it is executed on request of a terminal when the level of its battery is below a predetermined threshold level. 20

12. Method of associating terminals with cells according to one of the preceding claims, characterized in that it is performed in a distributed manner within the different base stations. 25

13. A method of associating terminals with cells according to one of claims 1 to 11, characterized in that it is executed centrally by a controller located in the base station of the macro-cell.

14. The method of associating terminals with cells according to one of the preceding claims, characterized in that the maximization of the metric on the subset of the associations respecting said utilization constraint is obtained by the method of multipliers of Lagrange.